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研究生:林睿哲
論文名稱:以有機金屬化學氣相沈積ZrO2為絕緣層對鐵電記憶體場效式電晶體影響之研究
指導教授:吳泰伯
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:材料科學工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:45
中文關鍵詞:鐵電記憶體
外文關鍵詞:MFISPZTFeRAMC-V curve
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本實驗利用旋鍍的方法,將PZT鍍附在Pt/Ti/SiO2/Si基板上,在550℃時並無法成perovskite相,在600℃ 30min 氧氣氛下的熱處理,可形成多晶的Perovskite相。隨著熱處理溫度越高,其繞射峰有越來越強的趨勢。利用RT66A量測已成相的試片,可獲得完整的電滯曲線,殘留極化量Pr~19-21μC/cm2,矯頑電場Ec視熱處理條件與鐵電層厚度,而有所不同。而介電常數的大小,會隨著鐵電層增加,而有越來越大的趨勢;散逸因子(tanδ)在1MHz的量測頻率下,皆小於0.125。
利用bubbler系統的CVD,使用ZTB(zirconium tert-tetra butoxide)先驅物,在基板溫度275℃,工作壓力2torr下,鍍出具有低缺陷密度的ZrO2的薄膜。其結構經由XRD鑑定為正方晶(tetragonal)結構,為(111)指向。其中介電常數鍍附在Pt/Ti/SiO2/Si基板上,利用HP4192可量測到約為21,散逸因子(tanδ)皆小於0.1。利用AFM觀察ZrO2薄膜,可發現ZrO2薄膜未經過熱處理下,表面粗糙度(Rrms)為0.552nm。經過熱處理之後,可改善表面粗糙度。在氧氣氛作600℃ 30min的熱處理,表面粗糙度(Rrms)為0.412nm,在forming gas (H2:N2=1:99)氣氛作600℃ 30min的熱處理,表面粗糙度(Rrms)為0.476nm。
最後將PZT利用旋鍍在ZrO2/p-Si(100)基板上,發現ZrO2具有加強PZT(110)結晶性的效果。量測CV曲線,對p-type Si基板,順時針的曲線代表鐵電所帶來的影響。在大於5V的操作電壓下,CV曲線皆為逆時針,為電荷注入(charge injection)的機制。

圖表目錄.................................................iv
第一章 緒論...........................................1
1.1簡介...........................................1
1.2 研究動機.......................................2
第二章 文獻回顧.......................................4
2.1 鐵電材料.......................................4
2.1.1 電滯曲線..................................4
2.2 鐵電記憶體的發展...............................5
2.3 鐵電記憶體的種類...............................6
2.3.1 破壞式讀取(DRO)...........................7
2.3.2 非破壞式讀取(NDRO)........................7
2.4 鐵電材料的選擇.................................9
2.5 鐵電薄膜的可靠度..............................10
2.5.1 疲勞.....................................11
2.5.2 保持性...................................12
2.5.3 偏印.....................................13
2.6 絕緣層的選擇..................................14
2.7 化學氣相沈積..................................15
2.8 原子層化學氣相沈積............................17
第三章 實驗流程
3.1 MFIS結構製作..................................19
3.1.1 矽基板的處理.............................19
3.1.2 電極的製作...............................19
3.1.3 ZrO2薄膜製作.............................20
3.1.4 絕緣層的熱處理...........................20
3.1.5 PZT製程..................................21
3.1.6 PZT的熱處理..............................23
3.2 薄膜特性分析..................................24
3.2.1 結構分析及鑑定...........................24
3.2.2 膜厚量測.................................24
3.2.3 表面粗糙度...............................24
3.3 薄膜電性分析..................................25
3.3.1 介電常數與散逸因子量測...................25
3.3.2 記憶窗量測...............................25
3.3.3 鐵電遲滯曲線量測.........................25
3.3.4 漏電流特性量測...........................26
第四章 實驗與討論....................................27
4.1 PZT特性鑑定..................................27
4.1.1 膜厚鑑定.................................27
4.1.2 晶體結構.................................28
4.1.3 介電常數與散逸因子.......................28
4.1.4 P-E曲線..................................28
4.1.5 綜合討論.................................29
4.2 ZrO2特性鑑定...................................30
4.2.1 膜厚鑑定.................................30
4.2.2 晶體結構.................................30
4.2.3 表面粗糙度...............................31
4.2.4 薄膜成份分析.............................31
4.2.5 電性量測.................................32
4.3 Al/PZT/ZrO2/Si(MFIS)結構.......................35
4.3.1 晶體結構.................................35
4.3.2 電性量測.................................35
第五章 結論..........................................42

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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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